Искажения усилителя

Фазовые искажения возникают при несовпадении реальной и идеальной ФЧХ в полосе пропускания частот. В большинстве случаев под идеальной ФЧХ понимают прямую, проходящую через начало координат ф = а/ при а<0. Уровень фазовых искажений принято оценивать разностью между максимальным и мини-

При подаче на вход усилителя синусоидального сигнала большой амплитуды возникают нелинейные искажения выходного сигнала. Основной причиной этих искажений является нелинейность выходных характеристик усилительных элементов усилителя. В усилителе на биполярном транзисторе искажения возникают также из-за нелинейности его входных характеристик. На 11.11 показано построение выходного сигнала усилителя при синусоидальных входных сигналах различной амплитуды.

В области низких частот спад коэффициента усиления определяется влиянием конденсаторов С, и Сг. Для каскада -ОС в ОНЧ ^нс1 = С'1(Лг+/?3) и THC г = С2(ЛВЫХ + •#„)• Анализ этих выражений позволяет заключить, что т„С1>твс2 и М1с1<МНС2. Таким образом, основные частотные искажения возникают в выходной цепи каскада ОС, следовательно, для уменьшения М„ прежде всего необходимо увеличивать С2.

Используемые в выражениях (2.8) и (2.9) обозначения ясны из 2.10, а — г. Геометрические искажения возникают также при воздействии на отклоняющие поля низкочастотных периодических помех ( 2.10, д).

Конечные размеры апертуры развертывающих элементов (РЭ) при анализе и синтезе изображений приводят к размытию резких границ крупных деталей и уменьшению контраста мелких деталей выходного изображения. В телевидении апертурные искажения возникают в основном в передающих трубках, в факсимильной связи они обусловлены как анализирующим, так и синтезирующим РЭ (СМ. п. 2.3.6).

В аппаратуре приемного тракта имеют место частотные, фазовые и нелинейные искажения. Частотные искажения обусловлены неравномерностью усиления приемника в пределах полосы пропускания. Обычно задают коэффициент частотных искажений на верхней и нижней частотах спектра сообщения. Фазовые искажения возникают из-за нелинейности фазовой характеристики тракта. Они оказывают существенное явление при приеме телевизионных и фототелеграфных сигналов.

Нелинейные искажения при приеме AM сигналов вызываются нелинейностью характеристик усилителей и влиянием катушек индуктивности и трансформаторов с ферромагнитными сердечниками. При приеме сигналов с ЧМ нелинейные искажения возникают из-за нелинейности фазовой характеристики радиотракта. Для однока-нальных приемников допускается коэффициент нелинейных искажений порядка нескольких процентов. При многоканальной радиосвязи — десятые и сотые доли процента.

Обычно наибольшие частотные искажения возникают на границах диапазона рабочих частот: нижней /н и верхней /в. Коэффициенты частотных искажений в этом случае КЧИ = Н0/НЯ, КЧВ — Н0/НВ. Коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов частотных искажений отдельных каскадов:

Нелинейные искажения возникают из-за нелинейности вольтамперных характеристик усилительных элементов (электронных ламп, транзисторов) и проявляются в искажении формы усиливаемого сигнала.

Частотные искажения возникают при неодинаковом усилении гармонических составляющих усиливаемого сигнала, что связано с непостоянством коэффициента усиления на различных частотах. Источником частотных искажений являются реактивные элементы (конденсаторы и катушки индуктивности) в схеме усилителя.

Фазовые искажения возникают при неодинаковом времени прохождения сигнала через усилитель на разных частотах. В результате на выходе образуются временные сдвиги отдельных составляющих сигнала. Источником фазовых искажений, как и частотных, являются реактивные элементы в схеме усилителя. Они также не зависят от нелинейности усилительных элементов и, следовательно, являются линейными.

Линейный у с и л и т е л ь. Линейный усилитель ( 5.13) — четырехкаскадный с трансформаторными входом и выходом и непосредственной связью между каскадами. Два первых каскада и четвертый (выходной) каскад, выполненный на мощном транзисторе, собраны по схеме с общим эмиттером, третий каскад — по схеме с общим коллектором. Это обеспечивает хорошее согласование параметров выходного и входного каскадов, снижает сопротивления в цепи базы транзистора Т4 и уменьшает нелинейные искажения усилителя. Усилитель охвачен общей отрицательной обратной связью по постоянному и переменному токам (R13, RIO, R5, R2, СЗ).

в двухтактных устройствах. В режиме покоя здесь транзистор лишь приоткрыт, в нем протекает небольшой ток /бо ( 3.31), выводящий основную часть рабочей полуволны UBK на участок ВАХ с относительно малой нелинейностью. Угол отсечки в классе АВ достигает 120—130°. Поскольку /бо мал, то ц здесь выше, чем в классе А, ближе к классу В. Нелинейные искажения усилителя, использующего класс АВ, относительно невелики (Кг<3%).

Различают сквозную и прямой передачи динамические характеристики (ДХ). Сквозной ДХ называется зависимость выходного напряжения (тока) от входной ЭДС сигнала (тока). Сквозная ДХ позволяет судить о нелинейных свойствах усилителя, с ее помощью оцениваются нелинейные искажения усилителя.

Частотные искажения усилителя (каскада) зависят от частотных параметров его элементов. При определении уровня частотных искажений каскада в области нижних частот необходимо знать частоту

Нелинейные искажения усилителя принято оценивать, используя сквозную ДХ оконечного каскада. Сквозная ДХ для оконечного каскада на биполярном транзисторе строится с помощью семейства статических выходных и динамической входной ВАХ транзистора ( 5.1). На графике семейства статических выходных ВАХ проводится нагрузочная прямая для переменного тока. В точках пересечения семейства статических выходных ВАХ с нагрузочной прямой для переменного тока (см. 5.1, а) устанавливается зависимость входного тока (тока базы) от выходного (тока коллектора). Затем с помощью динамической входной ВАХ (см. 5.1,6) определяются значения входных напряжений по найденным значениям тока базы и вычисляются значения ЭДС генератора, который имеет внутреннее сопротивление Rr-

^напряжения), то на вход усилителя через цепь обратной связи будет подано не только напряжение основной частоты (полезный сигнал), но и высшие гармоники, возникающие в усилителе. При этом фазы гармоник оказываются такими, при которых напряжение армоник на выходе будет ослаблено. Полезный сигнал также сни-•ается, однако его величину на выходе можно увеличить до преж-,,его уровня повышением напряжения на входе за счет увеличения усиления в предыдущих каскадах, работающих без нелинейных искажений. В результате нелинейные искажения усилителя с об-"* ратной связью д"Гос уменьшаются щри сохранении неизменной вели-я- Можно показать, что

Влияние конденсатора связи Ссз в цепи нагрузки на частотные искажения усилителя можно определить по эквивалентной схеме выходного каскада ( 6.41). Здесь цепь R^Cai не показана, так

Общие низкочастотные искажения усилителя, определяемые совместным влиянием конденсаторов связи Сс\, СС2, Ссз и эмиттерных конденсаторов Сэь СЭ2:

т. е. при емкостной нагрузке частотные искажения усилителя в области высоких частот определяются двумя постоянными времени — тв и СнЯки-

Общие частотные искажения усилителя с трансформаторной связью каскадов в области низких частот Ms-yC=MSL-MHC-Mtl3, где Мнс и Мнз определяются по формулам (6.95) и (6.99).

В области высоких частот включение трансформатора приводит к тому, что кроме инерционности транзистора необходимо учитывать влияние индуктивности рассеяния трансформатора LB и емкости Со. Оценим влияние LS на частотные искажения усилителя, пользуясь эквивалентной схемой выходной цели для области высоких частот в случае активной нагрузки (Со=0) ( 6.51,д).